L’angoisse de la batterie déchargée pourrait bientôt être un peu moins stressante grâce à une découverte récente de chercheurs de l’université de Houston.
Pendant des décennies, les scientifiques ont eu du mal à comprendre ce qui se passait exactement à l’intérieur d’une batterie à semi-conducteurs en temps réel, ce qui rendait difficile la prolongation de sa durée de vie. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’université de Houston, en collaboration avec des chercheurs de l’université Brown, a contourné ce problème en utilisant la microscopie électronique à balayage operando, une puissante technique d’imagerie à haute résolution. Cette technique leur a permis de comprendre pourquoi les batteries à l’état solide se dégradent et ce qui peut être fait pour ralentir le processus.
« Cette recherche résout un mystère de longue date sur la raison pour laquelle les batteries à l’état solide tombent parfois en panne », a déclaré Yan Yao, Hugh Roy and Lillie Cranz Cullen Professeur émérite d’ingénierie électrique et informatique à UH et auteur correspondant de cette étude publiée dans la revue Nature Communications. « Cette découverte permet aux batteries à l’état solide de fonctionner sous une pression plus faible, ce qui peut réduire la nécessité d’un boîtier externe encombrant et améliorer la sécurité globale. »
Avant cette révélation, les scientifiques savaient que l’ajout de petites quantités d’autres métaux, tels que le magnésium, aux électrodes négatives de lithium contribuait à améliorer les performances des batteries, mais ils ne comprenaient pas pourquoi, a indiqué M. Yao, qui est également le chercheur principal du Centre de supraconductivité du Texas à l’université de Houston.
L’équipe de M. Yao a appris qu’avec le temps, de minuscules espaces vides, ou vides, se forment dans la batterie et fusionnent en un grand espace, ce qui finit par provoquer la défaillance de la batterie.
Après une série d’expériences, l’équipe a découvert que l’ajout de petites quantités d’éléments d’alliage comme le magnésium peut combler ces vides et aider la batterie à continuer à fonctionner.
« Nous avons enregistré des vidéos haute résolution en temps réel de ce qui se passe réellement à l’intérieur d’une batterie pendant qu’elle fonctionne sous un microscope électronique à balayage », explique Lihong Zhao, premier auteur de ce travail, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Yao et aujourd’hui professeur adjoint d’ingénierie électrique et informatique à l’université de Houston. « Il suffit d’une petite modification de la chimie de la batterie pour améliorer considérablement ses performances, en particulier dans des conditions pratiques telles que la basse pression ».
Cette découverte constitue un grand pas en avant pour les véhicules électriques. Actuellement, les batteries à semi-conducteurs ne sont pas idéales pour une utilisation quotidienne dans les véhicules. Bien qu’elles soient plus résistantes au feu et qu’elles aient le potentiel d’atteindre une densité énergétique élevée, elles nécessitent également une pression externe élevée pour rester intactes pendant leur fonctionnement.
« Mais en ajustant soigneusement la chimie de la batterie, nous pouvons réduire considérablement la pression nécessaire pour la maintenir stable », a ajouté M. Zhao. « Cette avancée rapproche les batteries à l’état solide des applications réelles des véhicules électriques. »
Cette recherche pourrait également empêcher les batteries des téléphones portables et d’autres appareils électroniques de surchauffer ou de s’enflammer. En outre, ces batteries pourraient durer beaucoup plus longtemps sur une seule charge.
« Il s’agit de rendre le futur stockage de l’énergie plus fiable pour tout le monde », a-t-il déclaré.
Yue Qi de l’université Brown, expert en matériaux informatiques, a fourni l’analyse théorique et est le co-auteur correspondant de cette recherche.
Les autres auteurs sont Min Feng de Brown, Chaoshan Wu, Liqun Guo, Zhaoyang Chen, Samprash Risal, Zheng Fan de UH, et Qing Ai, Jun Lou de Rice University.
Ces travaux ont été soutenus par le consortium Battery 500 du ministère américain de l’énergie dans le cadre du programme Vehicle Technologies.
« L’équipe prévoit de développer ce concept d’alliage en explorant d’autres métaux susceptibles d’améliorer les performances des batteries », a conclu M. Zhao.
Article : « Imaging the evolution of lithium-solid electrolyte interface using operando scanning electron microscopy » – DOI : s41467-025-59567-8
